Qual é a diferença entre prototipagem rápida CNC e fundição sob pressão para prototipagem?

Quando se trata de prototipagem, dois métodos populares se destacam: prototipagem rápida CNC e fundição sob pressão. Como fornecedor de prototipagem rápida CNC, testemunhei em primeira mão as características e aplicações únicas de ambas as técnicas. Neste blog, irei me aprofundar nas diferenças entre esses dois métodos de prototipagem para ajudá-lo a tomar uma decisão informada para seu próximo projeto.

1. Visão geral do processo

Prototipagem Rápida CNC

A prototipagem rápida CNC (Controle Numérico Computadorizado) é um processo de fabricação subtrativo. Começa com um bloco sólido de material, que pode ser metal, plástico, madeira ou compósito. O processo utiliza software de computador pré - programado para controlar o movimento das ferramentas de corte. Essas ferramentas removem gradualmente o material do bloco para criar a forma desejada.

Por exemplo, se você precisar de umProtótipo de capa de airbag, a máquina CNC seguirá um conjunto específico de instruções para cortar, perfurar e fresar o material até que o formato exato da tampa do airbag seja alcançado. Este método oferece alta precisão e pode produzir geometrias complexas com tolerâncias restritas.

Matriz - Fundição para Prototipagem

A fundição sob pressão é um processo de fundição em que o metal fundido é forçado para dentro de uma cavidade do molde sob alta pressão. O molde, também conhecido como matriz, é normalmente feito de aço e projetado para ter o formato inverso da peça desejada. Uma vez injetado o metal fundido na matriz, ele esfria e solidifica, assumindo o formato da cavidade.

Por exemplo, ao criar umProtótipo de prateleira de chassi, uma matriz é primeiro fabricada de acordo com o design da prateleira do chassi. Em seguida, o metal fundido é injetado na matriz e, após o resfriamento, o protótipo da prateleira do chassi é removido. Este processo é adequado para produzir um grande número de peças com qualidade consistente.

2. Seleção de materiais

Prototipagem Rápida CNC

Uma das vantagens significativas da prototipagem rápida CNC é sua ampla gama de compatibilidade de materiais. Pode trabalhar com vários metais, incluindo alumínio, aço, latão e titânio. Na categoria de plástico, materiais como ABS, policarbonato e náilon são comumente usados. Essa flexibilidade permite que os projetistas escolham o material mais apropriado com base nas propriedades mecânicas exigidas do protótipo, como resistência, durabilidade e resistência ao calor.

Por exemplo, se um protótipo precisar suportar altas temperaturas, um plástico resistente ao calor ou uma liga de alta temperatura pode ser selecionado. Além disso, a usinagem CNC também pode trabalhar com madeira e materiais compósitos, o que é benéfico para a criação de protótipos com requisitos estéticos ou funcionais únicos.

Matriz - Fundição para Prototipagem

A fundição sob pressão é usada principalmente com metais, como alumínio, zinco e magnésio. Esses metais apresentam boa fluidez quando fundidos, o que é essencial para preencher uniformemente a cavidade da matriz. O alumínio é uma escolha popular devido ao seu peso leve, alta relação resistência-peso e boa resistência à corrosão. O zinco é frequentemente usado para peças menores e mais detalhadas devido à sua excelente moldabilidade e menor ponto de fusão.

No entanto, as opções de materiais na fundição sob pressão são relativamente limitadas em comparação com a prototipagem rápida CNC. Isso pode ser uma desvantagem se o protótipo exigir um material não metálico ou uma liga específica que não seja adequada para fundição sob pressão.

3. Precisão e tolerância

Prototipagem Rápida CNC

A prototipagem rápida CNC é conhecida por sua alta precisão. As máquinas CNC modernas podem atingir tolerâncias tão estreitas quanto ±0,005 polegadas (±0,127 mm) ou até melhores, dependendo das capacidades da máquina e do material que está sendo usinado. Este nível de precisão o torna ideal para a criação de protótipos com geometrias complexas e dimensões críticas.

Por exemplo, na produção de umProtótipo de usinagem de rosqueamento e perfuração CNC, a máquina CNC pode fazer furos, rosquear e fresar superfícies com precisão para atender às especificações exatas. A capacidade de controlar o movimento das ferramentas de corte com alta precisão garante que as dimensões do protótipo sejam consistentes e dentro das tolerâncias exigidas.

Matriz - Fundição para Prototipagem

Embora a fundição sob pressão possa produzir peças com boa precisão dimensional, as tolerâncias geralmente não são tão rígidas quanto as alcançadas pela prototipagem rápida CNC. O encolhimento do metal durante o resfriamento e o desgaste da matriz ao longo do tempo podem afetar as dimensões da peça. As tolerâncias típicas em fundição sob pressão variam de ± 0,005 polegadas (± 0,127 mm) a ± 0,010 polegadas (± 0,254 mm), dependendo do tamanho e da complexidade da peça.

No entanto, para produção em grande escala, a fundição sob pressão ainda pode fornecer uma precisão aceitável para muitas aplicações. O segredo é projetar a matriz e a peça com cuidado para minimizar variações dimensionais.

4. Tempo de produção

Prototipagem Rápida CNC

A prototipagem rápida CNC é conhecida por seu tempo de produção relativamente curto, especialmente para produção de pequenos lotes. Uma vez finalizado o projeto e criado o programa CNC, o processo de usinagem pode começar imediatamente. Para protótipos simples, o tempo de produção pode ser de apenas algumas horas.

Porém, para peças mais complexas e com geometrias complexas, o tempo de produção pode aumentar significativamente. Isso ocorre porque a máquina CNC precisa realizar diversas operações, como fresamento, furação e torneamento, para criar a peça. Além disso, o tempo de configuração da máquina, incluindo a seleção e calibração da ferramenta, também pode aumentar o tempo geral de produção.

Matriz - Fundição para Prototipagem

A fundição sob pressão tem um prazo de entrega mais longo em comparação com a prototipagem rápida CNC. O primeiro passo é projetar e fabricar a matriz, o que pode levar várias semanas ou até meses, dependendo da complexidade da matriz. Assim que a matriz estiver pronta, o processo de fundição real é relativamente rápido. No entanto, considerando o tempo necessário para a fabricação da matriz, o tempo geral de produção de um protótipo fundido é geralmente maior do que o de um protótipo usinado em CNC.

Este longo prazo pode ser uma desvantagem se você precisar de um protótipo rapidamente para verificação de projeto ou teste de mercado.

5. Custo

Prototipagem Rápida CNC

O custo da prototipagem rápida CNC depende de vários fatores, incluindo o material, a complexidade da peça e a quantidade. Para produção de pequenos lotes, a usinagem CNC costuma ser mais econômica porque não há necessidade de ferramentas caras, como matrizes. Os principais componentes de custo são o custo do material, o tempo da máquina e a mão de obra.

Contudo, à medida que a quantidade aumenta, o custo por peça pode não diminuir significativamente porque cada peça é usinada individualmente. Isso torna a prototipagem rápida CNC menos adequada para produção em grande escala.

Matriz - Fundição para Prototipagem

A fundição sob pressão tem um custo inicial elevado devido à necessidade de projetar e fabricar a matriz. O processo de fabricação da matriz envolve usinagem de precisão e tratamento térmico, que pode ser caro. No entanto, para produção em larga escala, o custo por peça diminui significativamente porque a matriz pode ser usada para produzir múltiplas peças.

Portanto, se você planeja produzir um grande número de protótipos ou peças de uso final, a fundição sob pressão pode ser uma opção mais econômica no longo prazo.

6. Acabamento de superfície

Prototipagem Rápida CNC

A prototipagem rápida CNC pode atingir uma ampla gama de acabamentos de superfície. O acabamento superficial depende das ferramentas de corte utilizadas, dos parâmetros de usinagem e das operações de pós - processamento. Usando ferramentas de corte de passo fino e velocidades e avanços de usinagem apropriados, um acabamento superficial liso pode ser obtido.

As operações de pós - processamento, como lixamento, polimento e anodização, podem melhorar ainda mais a qualidade da superfície. Isso permite que os designers criem protótipos com aparência de alta qualidade, o que é importante para apresentação de produtos e testes de mercado.

Matriz - Fundição para Prototipagem

O acabamento superficial das peças fundidas sob pressão é geralmente mais áspero em comparação com as peças usinadas em CNC. Isso ocorre porque o metal fundido pode causar imperfeições superficiais, como porosidade e rebarbas, durante o processo de fundição. No entanto, operações de pós - processamento, como jateamento, retificação e galvanização, podem ser usadas para melhorar o acabamento superficial.

A escolha do acabamento superficial também depende da qualidade da superfície da matriz. Uma matriz bem acabada pode produzir peças com melhor aparência superficial, mas isso também aumenta o custo de fabricação da matriz.

7. Quando escolher cada método

Prototipagem Rápida CNC

• Produção de baixo volume: Se você precisa apenas de alguns protótipos para verificação de projeto ou teste de conceito, a prototipagem rápida CNC é uma ótima escolha. Ele permite produzir peças rapidamente sem a necessidade de ferramentas caras.
• Geometrias complexas: Quando o protótipo tem formas complexas, recortes ou detalhes finos, a usinagem CNC pode atender facilmente a esses requisitos.
• Flexibilidade de materiais: Se você precisar usar uma ampla variedade de materiais, incluindo materiais não metálicos, a prototipagem rápida CNC oferece a flexibilidade necessária.

Matriz - Fundição para Prototipagem

• Produção de alto volume: Para a produção em larga escala de protótipos ou peças de uso final, a fundição sob pressão é mais econômica no longo prazo. Uma vez feita a matriz, a produção de múltiplas peças pode ser feita de forma rápida e eficiente.
• Boas propriedades mecânicas: Se o protótipo exigir alta resistência e boas propriedades mecânicas, os metais fundidos podem fornecer essas características.
• Qualidade consistente: A fundição sob pressão pode produzir peças com qualidade consistente, o que é importante para aplicações onde a uniformidade é necessária.

Concluindo, tanto a prototipagem rápida CNC quanto a fundição sob pressão para prototipagem têm suas próprias vantagens e desvantagens. Como fornecedor de prototipagem rápida CNC, entendo a importância de escolher o método certo para o seu projeto. Se você ainda não tiver certeza de qual método é melhor para o seu protótipo, sinta-se à vontade para nos contatar para uma consulta. Nossa equipe de especialistas pode ajudá-lo a avaliar seus requisitos e recomendar a solução de prototipagem mais adequada. Se você precisa de um único protótipo ou de uma produção em larga escala, estamos aqui para apoiá-lo durante todo o processo.

Referências

• "Engenharia e Tecnologia de Manufatura" por Serope Kalpakjian e Steven Schmid
• "Manual de Usinagem CNC" por Mark Albert
• "Die - Casting Design and Technology" por David Crolla